Method Article

Mapeamento quantitativo de ventilação específica no pulmão humano usando ressonância magnética de prótons e oxigênio como agente de contraste

DOI:

10.3791/59579

June 5th, 2019

In This Article

Summary

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A imagem latente específica da ventilação é uma técnica funcional da imagem latente de ressonância magnética que permita a quantificação da ventilação específica regional no pulmão humano, usando o oxigênio inalado como um agente do contraste. Aqui, apresentamos um protocolo para coletar e analisar dados específicos de imagens de ventilação.

Abstract

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A imagem latente específica da ventilação (SVI) é uma técnica funcional da imagem latente de ressonância magnética capaz de quantificar a ventilação específica ― a relação do gás fresco que entra em uma região do pulmão dividida pelo volume final expiratório da região ― no pulmão humano, usando somente oxigênio inalado como um agente de contraste. A quantificação regional da ventilação específica tem o potencial ajudar a identificar áreas da função patológica do pulmão. O oxigênio na solução no tecido encurta o tempo longitudinal do abrandamento do tecido (T1), e assim uma mudança no oxigenação do tecido pode ser detectada como uma mudança no sinal de T1-weighted com uma imagem adquirida recuperação da inversão. Após uma mudança abrupta entre duas concentrações de oxigênio inspirado, a taxa em que o tecido pulmonar dentro de um VOXEL equilibrou a um novo estado estacionário reflete a taxa em que o gás residente está sendo substituído pelo gás inalado. Esta taxa é determinada pela ventilação específica. Para provocar esta mudança repentina na oxigenação, os indivíduos respiram alternadamente 20 blocos da respiração do ar (oxigênio de 21%) e oxigênio de 100% quando no varredor de MRI. Uma mudança Stepwise na fração inspirada do oxigênio é conseguida com o uso de um sistema tridimensional (3D)-impresso feito encomenda do desvio do fluxo com um interruptor manual durante uma preensão final-expiratória curta da respiração. Para detectar a mudança correspondente em T1, um pulso global da inversão seguido por uma única seqüência rápida do eco da rotação do tiro foi usado para adquirir imagens bidimensionais de t1-weighted em um varredor de 1,5 t MRI, usando uma bobina do torso do oito-elemento. A única fatia e a imagem latente da multi-fatia são possíveis, com parâmetros ligeiramente diferentes da imagem latente. A quantificação da ventilação específica é conseguida correlacionando o tempo-curso da intensidade do sinal para cada voxel do pulmão com uma biblioteca de respostas simuladas ao estímulo do ar/oxigênio. As estimativas de SVI da heterogeneidade específica da ventilação foram validadas de encontro ao washout múltiplo da respiração e provaram determinar exatamente a heterogeneidade da distribuição específica da ventilação.

Introduction

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O objetivo geral da imagem latente específica da ventilação (SVI) ― uma técnica da imagem latente de ressonância magnética do Proton (MRI) que use o oxigênio como um agente do contraste1 ― é para mapear quantitativamente a ventilação específica no pulmão humano. A ventilação específica é a proporção de gás fresco entregue a uma região pulmonar em uma respiração dividida pelo volume expiratório final da mesma região pulmonar1. Em conjunto com medições da densidade pulmonar local, a ventilação específica pode ser usada para computar a ventilação regional2. Medidas de ventilação local e heterogeneida....

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Protocol

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A Universidade da Califórnia, programa de proteção de pesquisa humana de San Diego aprovou este protocolo.

1. segurança e formação de sujeitos

  1. Obter o consentimento escrito e informado do assunto. Descreva os riscos potenciais apresentados pela exposição a campos magnéticos em rápida mutação, e o desconforto potencial de usar máscara facial e respirar o gás seco.
  2. Assegure-se de que o assunto possa submeter-se com segurança a varredura do Sr, utilizando o questionário localmente aprovado da seleção da segurança MRI.
  3. Se o assunto é uma fêmea da idade fértil, e incerto de seu status da gravidez, peça-a para self-a....

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Results

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Única fatia SVI em um assunto saudável
A imagem latente específica da ventilação produz mapas quantitativos da ventilação específica como mostrado na Figura 3a, que descreve uma única fatia no pulmão direito de uma fêmea saudável dos anos de idade 39. Observe a presença do gradiente vertical esperado em ventilação específica; a porção dependente do pulmão apresenta maior ventilação específica do que a porção não dependente do pulmão. Um histograma dos .......

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Discussion

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A imagem latente específica da ventilação permite o traço quantitativo da distribuição espacial da ventilação específica no pulmão humano. Alternativas ao SVI existem, mas são limitadas de alguma maneira: o washout múltiplo da respiração fornece uma medida da heterogeneidade mas falta a informação spatial23. Os métodos alternativos da imagem latente expõem pacientes à radiação ionizante (por exemplo, SPECT, animal de estimação, CT, Scintigraphy da gama) ou não são extensamente-disponíveis (imagem .......

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Disclosures

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Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgements

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Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional do coração, pulmão e sangue (NHLBI) (concede R01 HL-080203, R01 HL-081171, R01 HL-104118 e R01-HL119263) e o Instituto Nacional de pesquisa biomédica do espaço (National Aeronautics and Space Administration concede NCC 9-58). E.T. Geier foi apoiado pelo NHLBI Grant F30 HL127980.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
de desvio de fluxo impresso em 3D
Máscara facialHans Rudolphsérie 7400 Máscara oro-nasal, tamanhos diferentes
gás/oxigênio
Conjunto de cabeça de máscara Conjunto de cabeçaHans Rudolph7400 Software
MatlabMathworksdesenvolvido localmente
Médico oxigênioAir Liquide/LindeOxigênio a ser entregue ao sujeito
MRIGE healthcare1.5 T GE HDx Excite scanner de dupla velocidade
Tubulação¼ ", 3/8" e 1/2" tubulação e conectores
Oxímetro de pulsoNonin7500 FO (compatível com MR)
Válvula
Bobina de torsoGE healthcareBobina de torso de alto ganho para scanner GE
Sistema Regulador de compatível de análise de plásticode comutação

References

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  1. Sá, R. C., et al. Vertical distribution of specific ventilation in normal supine humans measured by oxygen-enhanced proton MRI. Journal of Applied Physiology. 109 (6), 1950-1959 (2010).
  2. Henderson, A. C., et al.

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Tags

Specific Ventilation ImagingProton Magnetic Resonance ImagingOxygen Contrast AgentLung Ventilation MappingT1 weighted ImagingInversion Recovery SequenceFunctional Residual CapacityMultiple Breath WashoutVentilation Heterogeneity AnalysisMRI Safety Screening

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